1、電磁場(chǎng)與電磁波，發(fā)表：史瑕，fildandwaveelectroromagnetics，l，2，2，Maxwell深入分析，研究位移電流，創(chuàng)新地提出，最后完成電磁大綜合，并預(yù)言電磁波的存在，其速度為光速c，光與電磁統(tǒng)一學(xué)說(shuō)： Maxwell 、Review、微分形式、積分形式、總電流定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、磁通連續(xù)性原理、高斯定理、l、3、Review、平衡的電磁波也是這個(gè)“平衡”的產(chǎn)物，l、4、4、麥克斯韋小傳、麥克斯韋(jamescle 1871年被錄用為劍橋大學(xué)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授，擔(dān)任該校第一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)室卡文迪什研究所的建設(shè)，1874年完成擔(dān)任主任。 1879年11月5日死于劍橋，享年4

2、9歲。 愛(ài)因斯坦在自傳中說(shuō)：“我學(xué)習(xí)的時(shí)代，最有魅力的主題是麥克斯韋理論”“狹義的相對(duì)論起源于麥克斯韋電磁場(chǎng)方程式”。 1931年，為了紀(jì)念麥克斯韋誕生100周年，愛(ài)因斯坦把麥克斯韋的電磁場(chǎng)貢獻(xiàn)評(píng)價(jià)為“牛頓時(shí)代”以來(lái)物理學(xué)所經(jīng)歷的最深刻而有效的變化。 “麥克斯韋的思想太異常了，甚至像亥姆霍茲和玻爾茲曼這樣具有異常才能的人也花了幾年的時(shí)間來(lái)理解它”，著名的現(xiàn)代物理學(xué)家嘆息道。 l、5、5、第16回麥克斯韋方程式(II )、麥克斯韋方程式的邏輯關(guān)系本構(gòu)關(guān)系時(shí)變電磁場(chǎng)的邊界條件坂印亭能量定理電磁位、l、6、6、Maxwell方程式的邏輯關(guān)系、麥克斯韋方程式不相互獨(dú)立的四個(gè)方程式不僅是三個(gè)獨(dú)立的方程式

3、，l Maxwell方程式的邏輯關(guān)系、麥克斯韋方程式的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方程式和電流連續(xù)方程式可以構(gòu)成時(shí)變電磁場(chǎng)的獨(dú)立方程式，該方程式共同包含、l、8、Maxwell方程式的邏輯關(guān)系、麥克斯韋方程式是描述電磁普遍規(guī)則的數(shù)學(xué)描述， 證明了應(yīng)用于任何情況的電流連續(xù)性方程式是通過(guò)Maxwell方程式得到的(電流連續(xù)性方程式隱含在麥克斯韋方程式中)。 場(chǎng)源j和之間并不是相互獨(dú)立的。 在實(shí)際工程中，通常在規(guī)定的場(chǎng)源j的條件下解電磁場(chǎng)。 已知l、9、9、Maxwell方程式的邏輯關(guān)系，例1在被動(dòng)的自由空間中求出E0、常數(shù)。 解區(qū)域無(wú)源，即研究區(qū)域內(nèi)沒(méi)有場(chǎng)源電流和電荷： J=0，=0，l，10，10，結(jié)構(gòu)關(guān)系，麥克斯

4、韋方程包含5個(gè)向量，一個(gè)標(biāo)量，即共計(jì)16個(gè)標(biāo)量獨(dú)立標(biāo)量方程，僅在7個(gè)麥克斯韋方程中為了約束電磁場(chǎng)方程式，電磁介質(zhì)和場(chǎng)向量之間的結(jié)構(gòu)方程式和麥克斯韋方程式構(gòu)成了一致的方程式。 l，11，11，結(jié)構(gòu)關(guān)系，表現(xiàn)介質(zhì)宏觀電磁特性的結(jié)構(gòu)關(guān)系是各向同性的直線介質(zhì)，l，12，12，結(jié)構(gòu)關(guān)系，介電常數(shù)：磁導(dǎo)率=0是理想介質(zhì)；=理想導(dǎo)體； 電導(dǎo)率在兩者之間稱為介質(zhì)的真空中：=0，=0，=0介質(zhì)特性：線性介質(zhì)：介質(zhì)參數(shù)不依賴于電場(chǎng)強(qiáng)度的大小的各向同性介質(zhì)：介質(zhì)參數(shù)不依賴于電場(chǎng)強(qiáng)度的方向的均勻性介質(zhì)：介質(zhì)參數(shù)依賴于電場(chǎng)強(qiáng)度的頻率，l，l 、l、14、14、洛倫茲力、電荷(運(yùn)動(dòng)或者靜止)激勵(lì)電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)相反地作用于

5、電荷。 當(dāng)空間中同時(shí)存在電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)，電荷連續(xù)分布定速v運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)電荷q受到的力，設(shè)其密度，電荷系統(tǒng)受到的電磁場(chǎng)力密度在洛倫茲力式近代物理學(xué)實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了洛倫茲力式適用于任意運(yùn)動(dòng)速度的帶電粒子。、l、15、15、時(shí)變電磁場(chǎng)邊界條件、麥克斯韋方程式的微分形式，在場(chǎng)向量的各成分的任何地方都只能適用于微小的區(qū)域，但對(duì)于實(shí)際的區(qū)域， 很多結(jié)構(gòu)都需要根據(jù)引起電磁場(chǎng)量不連續(xù)性的邊界條件來(lái)確定邊界面上的電磁場(chǎng)特性：不同介質(zhì)的邊界面上可能存在束縛面電荷，面電流邊界面上也可能存在自由面電荷，面電流受這些面電荷、面電流的影響，邊向量在邊界面上可能變得不連續(xù)的邊界條件是， 是描述邊界向量越過(guò)邊界面時(shí)的邊界量變化規(guī)則的方

6、程式，可以從積分方程式形式的麥克斯韋方程式中得到。 在l、16、16、時(shí)變電磁場(chǎng)邊界條件、矢量分解(I )界面法線矢量為n這一點(diǎn)上的場(chǎng)矢量FF是任意的場(chǎng)矢量(e、d、h， b )的第一項(xiàng)是法線方向，稱為法線成分的第二項(xiàng)是垂直于法線方向，被稱為切線成分的任何向量都是法線成分和切線成分的合成向量，l，17，17，時(shí)變電磁場(chǎng)邊界條件，向量分解(II) l，18，18，時(shí)變電磁場(chǎng)邊界條件，111，222，s， 法線成分邊界條件的2種鄰接媒體邊界面的任意橫截面，l，19，19，時(shí)變電磁場(chǎng)邊界條件，電場(chǎng)法方向邊界條件如果電流束在邊界面的薄層內(nèi)有自由電荷，圓柱面內(nèi)包圍的總電荷就是高斯定理，l，20，20，

7、如果是時(shí)變電磁場(chǎng)邊界條件，在界面上沒(méi)有自由面電荷，則電位移矢量d方向成分Dn不連續(xù)，如果在具有與面電荷密度s相等的突變的界面上沒(méi)有自由面電荷，則電位移矢量d的法線成分Dn連續(xù)的界面兩側(cè)的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的法線成分En一般是不連續(xù)的。l、21、21、時(shí)變電磁場(chǎng)邊界條件、磁場(chǎng)法方向邊界條件由磁通連續(xù)性原理可知，l、22、22、時(shí)變電磁場(chǎng)邊界條件、方向分量邊界條件n :從介質(zhì)2朝向介質(zhì)1的界面法方向單位矢量l:l中點(diǎn)處與界面的方向單位矢量b:n垂直且與矩形電路右手螺旋關(guān)系的單位矢量222，l，23， 23時(shí)變電磁場(chǎng)邊界條件，電場(chǎng)切線邊界條件考慮了麥克斯韋方程推進(jìn)的法拉第電磁感應(yīng)法則積分電路上的積分結(jié)果面

8、積分割結(jié)果切線邊界條件，l、24、24，時(shí)變電磁場(chǎng)邊界條件，磁場(chǎng)切線邊界條件考慮了麥克斯韋全電流規(guī)律：積分電路上的積分結(jié)果位移電流積分結(jié)果，l、25、25， 時(shí)變電磁場(chǎng)界面的薄層內(nèi)有自由電流時(shí)，以電路包圍的面積接觸邊界的條件面電流密度方向是界面的切線標(biāo)量形式的邊界條件：l，26， 26、時(shí)變電磁場(chǎng)邊界條件，邊界面上沒(méi)有自由面電流，磁場(chǎng)強(qiáng)度切線成分不連續(xù)邊界面上沒(méi)有自由面電流，磁場(chǎng)強(qiáng)度切線成分連續(xù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的切線成分一般不連續(xù)，l 27，27，時(shí)變電磁場(chǎng)的邊界條件，時(shí)變電磁場(chǎng)的邊界條件：l，28，時(shí)變電磁場(chǎng)邊界條件， 理想介質(zhì)的邊界條件理想介質(zhì)：=0沒(méi)有歐姆損失的單純介質(zhì)理想介質(zhì)表面沒(méi)有自由面電

9、荷和自由面電流，矢量形式的邊界條件，標(biāo)量形式的邊界條件，l，29，29， 時(shí)變電磁場(chǎng)邊界條件理想導(dǎo)體邊界條件理想導(dǎo)體：理想導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)零理想導(dǎo)體表面的邊界條件，電力線垂直導(dǎo)體表面，磁力線平行導(dǎo)體表面，l、30、30，時(shí)變電磁場(chǎng)邊界條件，例z=0的平面為空氣和理想導(dǎo)體的界面，z0側(cè)為理想導(dǎo)體，求界面處的磁場(chǎng)強(qiáng)度，理想導(dǎo)體表面上的電流分布，電荷分布及界面處的電場(chǎng)強(qiáng)度。 解，理想導(dǎo)體和空氣介質(zhì)的界面上的電流連續(xù)性原理，利用l、31、31，利用理想導(dǎo)體和空氣介質(zhì)的界面上的電流連續(xù)性原理，初始時(shí)刻面電荷為0:t=0時(shí)，S=0為電場(chǎng)邊界條件：時(shí)變電磁場(chǎng)邊界條件，l、32、32，時(shí)變電磁場(chǎng)邊界條件，例3為區(qū)域

10、(z0 )的介質(zhì)路徑(1)常數(shù)a；區(qū)域中的電場(chǎng)強(qiáng)度為區(qū)域中的電場(chǎng)強(qiáng)度； (2)磁場(chǎng)強(qiáng)度H1和H2 (3)z=0，H1和H2為邊界條件，l、33、33，時(shí)變電磁場(chǎng)邊界條件，解(1)介質(zhì)界面上介質(zhì)I和介質(zhì)II中的電場(chǎng)強(qiáng)度明顯，證明電場(chǎng)強(qiáng)度均在界面的切線方向上，可以應(yīng)用電場(chǎng)強(qiáng)度切線連續(xù)邊界條件： (2) 如果在介體面上考察磁場(chǎng)強(qiáng)度的切線方向，則l、34、34、時(shí)變電磁場(chǎng)的能量，與靜電場(chǎng)和穩(wěn)定磁場(chǎng)一樣，可知時(shí)變電磁場(chǎng)也具有能量，隨著時(shí)間變化的電磁場(chǎng)以一定的速度傳播，一定會(huì)隨著能量的傳播形成電磁能量流。 在時(shí)間變化的電磁場(chǎng)的任何預(yù)定區(qū)域中，電磁場(chǎng)的能量不是一定量的。 在自然界中，能量是作為物質(zhì)保存的特殊

11、形態(tài)電磁場(chǎng)，遵循自然界所有物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的普遍規(guī)律能量守恒和轉(zhuǎn)化規(guī)律，電磁能量守恒坂印亭定理，l，35，在發(fā)現(xiàn)時(shí)變電磁場(chǎng)中能量守恒和轉(zhuǎn)換關(guān)系定理1884年，英國(guó)物理學(xué)家坂印亭(John.H.Poynting ) 在該介質(zhì)中，兩個(gè)Maxwell旋度方程可以是坂印亭定理、矢量常數(shù)式、l、36、36、坂印亭定理、體積v積分的一般介質(zhì)中的坂印亭定理：l、37、37、坂印亭定理、矢量常數(shù)式、各向同性線性介質(zhì)的結(jié)構(gòu)方程式時(shí)變電磁場(chǎng)的能量各向同性線性介質(zhì)的坂印亭定理Note1:we=1/2(DE )是電場(chǎng)能量密度(單位為J/m3)Note2:wm=1/2(BH )是磁場(chǎng)能量密度(單位為J/m3)Note3:方

12、程式右側(cè)的體積分第1項(xiàng)是Note4 :方程式右側(cè)的體積部分第2項(xiàng)為體積v的熱損失電力(單位為w ) (單位時(shí)間作為熱能損失體積v內(nèi)的能量) Note5:方程式左側(cè)的體積部分為體積v的源產(chǎn)生的電力(單位為w )、l、39、39時(shí)變電磁場(chǎng)的能量根據(jù)能量保存定理定義： Note1:坂印亭矢量，單位為通過(guò)W/m2Note2面上單位面積的電磁電力Note3:坂印亭矢量也稱為電磁電力流密度或能量流密度，其方向表示該點(diǎn)的電力流方向，其大小表示通過(guò)與能量流方向垂直的單位面積的電力，l 能量密度在時(shí)變電磁場(chǎng)的能量、空間的任何點(diǎn)都會(huì)變化，實(shí)際上，坂印亭矢量并不一定表示真正的電磁電流密度流出封閉面的穩(wěn)定流，也有電磁

13、場(chǎng)存在的地方， 這并不意味著那個(gè)地方一定有能量流，在空間的某個(gè)地方真的表示能量密度的變化的是. l、41、41、時(shí)變電磁場(chǎng)的能量、靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)中的坂印亭矢量自由電流零介質(zhì)無(wú)消耗場(chǎng)的某個(gè)地方，每單位時(shí)間包圍體積v表面的總能量、l、42、42、時(shí)變電磁場(chǎng)的能量、定電流場(chǎng)的坂印亭矢量自由電流為0的定電流場(chǎng)中，表示每單位面積的電磁電力流通過(guò)s面流入v內(nèi)的電磁電力等于v內(nèi)的損失電力，l、43、43、時(shí)變電磁場(chǎng)的能量、時(shí)變電磁場(chǎng)中的坂印亭貝表示瞬時(shí)功率流密度坂印亭矢量通過(guò)任意截面積的面積部分表示瞬時(shí)功率，l、44、44，時(shí)變電磁場(chǎng)的能量，例4求出搭載了半徑b，電導(dǎo)率為直流電流I的長(zhǎng)導(dǎo)線表面的坂印廷矢量，驗(yàn)證了坂印廷定理。 求解長(zhǎng)度為l的長(zhǎng)直線導(dǎo)線后，其軸線與圓柱坐標(biāo)系的z軸一致，直流電流均勻分布于導(dǎo)線橫截面的焦耳定律安培環(huán)路定理指的是l、45、45，時(shí)變電磁場(chǎng)的能量，導(dǎo)線表面的坡印廷矢量方向指的是導(dǎo)線的表面。坂印廷矢量沿導(dǎo)線段表面積分：從導(dǎo)線表面流入電磁能量流與導(dǎo)線內(nèi)部的歐姆熱損失功率、l